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Les astronomes de l’Université de Warwick ont ​​découvert les premières preuves directes de la solidification d’étoiles naines blanches en cristaux, et notre ciel en serait rempli.

Des naines blanches faites de cristaux

En effet, des observations ont révélé que les restes morts d’étoiles comme notre Soleil, appelées naines blanches, ont un noyau d’oxygène solide et de carbone en raison d’une transition de phase au cours de leur cycle de vie, semblable à l’eau qui se transforme en glace, mais à des températures beaucoup plus élevées. Cela pourrait les rendre potentiellement plus vieux de plusieurs milliards d’années qu’on ne le pensait auparavant.
Cette découverte, dirigée par le Dr Pier-Emmanuel Tremblay du Département de physique de l’Université de Warwick, a été publiée dans Nature et repose en grande partie sur des observations effectuées avec le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne.
Les étoiles naines blanches comptent parmi les objets stellaires les plus anciens de l’Univers. Ils sont extrêmement utiles pour les astronomes, car leur cycle de vie prévisible leur permet d’être utilisés comme horloges cosmiques pour estimer l’âge des groupes d’étoiles voisines avec un degré de précision très élevé.
Ils sont les noyaux des géantes rouges après la mort de ces énormes étoiles. Leurs couches extérieures sont refroidies en permanence, car elles libèrent leur chaleur emmagasinée au cours des milliards d’années.
Les astronomes ont sélectionné 15 000 candidats de naines blanches à environ 300 années-lumière de la Terre à partir d’observations effectuées par le satellite Gaia et ont analysé des données sur les luminosités et les couleurs de ces étoiles.
Ils ont identifié l’empilement d’un nombre d’étoiles ayant des couleurs et des luminosités spécifiques qui ne correspondaient à aucune masse ni à aucun âge. Par rapport aux modèles d’évolution des étoiles, l’empilement coïncide fortement avec la phase de leur développement au cours de laquelle on prévoit que la chaleur latente sera libérée en grande quantité, ce qui ralentira leur processus de refroidissement.
On estime que dans certains cas, ces étoiles ont ralenti leur vieillissement de près de 2 milliards d’années, soit 15% de l’âge de notre galaxie. Le Dr Tremblay a déclaré: « C’est la première preuve directe que les naines blanches se cristallisent ou passent de l’état liquide au solide.
On avait prédit il y a cinquante ans que nous devrions observer une accumulation du nombre de naines blanches ayant certaines luminosités et couleurs lors de la cristallisation, et cela a été observé.

Les naines blanches se cristalliseront lors de leur évolution

« Toutes les naines blanches se cristalliseront à un moment donné de leur évolution, bien que des naines blanches plus massives suivent plus tôt ce processus. Cela signifie que des milliards de naines blanches de notre galaxie ont déjà achevé leur processus et sont essentiellement des sphères de cristal dans le ciel. Le Soleil lui-même deviendra une naine blanche faite de cristaux dans environ 10 milliards d’années « .
La cristallisation est le processus par lequel un matériau devient un état solide dans lequel ses atomes forment une structure ordonnée. Sous les pressions extrêmes dans les noyaux des naines blanches, les atomes sont si tassés que leurs électrons deviennent non liés, laissant un gaz électronique conducteur régi par la physique quantique et des noyaux chargés positivement sous une forme fluide.
Lorsque le noyau se refroidit à environ 10 millions de degrés, suffisamment d’énergie se libère pour que le fluide commence à se solidifier, formant un noyau métallique en son cœur avec un manteau enrichi en carbone.
Le Dr Tremblay a ajouté: « Nous avons non seulement des preuves de dégagement de chaleur lors de la solidification, mais nous avons besoin de beaucoup plus d’énergie pour expliquer ces observations. Nous pensons que cela est dû à la cristallisation de l’oxygène, puis à son affaissement au cœur de ces étoiles, un processus similaire la sédimentation sur un lit de rivière sur Terre, ce qui poussera le carbone vers le haut et cette séparation et libèrera de l’énergie gravitationnelle.
« Nous avons fait un grand pas en avant pour obtenir des âges précis pour ces naines blanches plus froides et donc pour les vieilles étoiles de la Voie Lactée. Une grande partie du mérite de cette découverte réside dans les observations de Gaia.

200 000 naines blanches

Grâce aux mesures précises dont elle est capable de faire, nous avons mieux compris l’intérieur des naines blanches d’une manière inattendue. Avant Gaia, nous avions 100 à 200 naines blanches avec des distances et des luminosités précises, et nous en avons maintenant 200 000. Cette expérience sur une matière ultra-dense ne peut être effectuée dans aucun laboratoire sur Terre « .
Source : University of Warwick
Crédit photo : University of Warwick/Mark Garlick (autorisé par l’université)

Des milliers d'étoiles se transforment en cristauxmartinAstronomie
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